近年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)對高性能鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件的需求日益迫切,傳統(tǒng)的鑲嵌鑄造、焊接等復(fù)合方式已無法滿足其性能要求。鋁/鋼復(fù)合鍛造成形是制備鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件的新方向,但是,鋁、鋼兩種金屬之間的物理性能和化學(xué)性能的差異導(dǎo)致這兩種金屬的冶金結(jié)合存在著諸多問題,限制了鋁/鋼異種金屬構(gòu)件更廣泛的應(yīng)用。因此,研究鋁/鋼復(fù)合成形構(gòu)件的界面結(jié)合具有重要的理論價值和實際意義。本文通過對304不銹鋼管和7075鋁合金棒材進(jìn)行鐓粗成形實驗,分析了成形工藝對復(fù)合構(gòu)件界面結(jié)合的影響規(guī)律,以及熱處理過程對界面的影響,最后揭示了界面演化機(jī)制,為實現(xiàn)鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件良好的冶金結(jié)合提供理論指導(dǎo)。首先從材料表面處理狀態(tài),成形溫度以及變形量三個方面,研究了成形過程對界面的影響。通過對材料表面進(jìn)行拋磨,超聲清洗,添加鍍層等措施對比研究了不同預(yù)處理方式對界面結(jié)合的影響,發(fā)現(xiàn)不銹鋼中的Ni,Cr等合金元素具有防止材料加熱過程中的氧化以及抑制金屬間化合物生成的作用。探究改變鋼套和鋁芯的預(yù)處理溫度對界面的影響規(guī)律時發(fā)現(xiàn)合理的預(yù)處理溫度選擇有助于界面的結(jié)合,一方面鋁芯表層適量的熔化有助于潤濕鋼套表面實現(xiàn)更好的冶金結(jié)合;另一方面,合理的溫度選擇... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋁/鋼復(fù)合鍛造工藝示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-前去除鋁氧化膜，但在加熱和轉(zhuǎn)移過程中又被重新氧化，難以獲得冶金結(jié)合界面[4]，在鋁/鋼復(fù)合構(gòu)件的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，如服役環(huán)境溫差大的航天構(gòu)件和承受較大交變載荷的汽車傳動件等，均須通過穩(wěn)固的冶金結(jié)合界面保證復(fù)合構(gòu)件的服役可靠性（一般認(rèn)為化合物層厚度＜10μm時，界面的結(jié)合強(qiáng)度與鋁基體相當(dāng)）。因此，若開發(fā)出新型的鋁/鋼復(fù)合鍛造成形技術(shù)，實現(xiàn)鋁/鋼雙金屬協(xié)調(diào)變形和界面可靠冶金結(jié)合，將鋼的高性能優(yōu)勢和鋁的輕量化優(yōu)勢有效集成，在汽車工業(yè)、兵器裝備、特別是航空航天等對重量要求高的領(lǐng)域?qū)⒕哂袠O大的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。本課題提出鋁/鋼雙金屬構(gòu)件觸變軟芯復(fù)合鍛造成形技術(shù)，技術(shù)思想如圖1-2所示，重點研究的方向是熱塑態(tài)鋼質(zhì)層與半固態(tài)鋁芯協(xié)調(diào)變形過程中界面形成機(jī)制，部分液相和界面結(jié)構(gòu)變形耦合作用下的冶金界面形成機(jī)理。通過本課題的研究，實現(xiàn)鋁/鋼雙金屬構(gòu)件界面可靠的冶金結(jié)合，將鋼的高性能優(yōu)勢和鋁合金輕量化優(yōu)勢有效集成，具有重要的理論價值和實際應(yīng)用意義。圖1-2鋁/鋼雙金屬構(gòu)件觸變軟芯復(fù)合鍛造成形技術(shù)示意圖1.2研究現(xiàn)狀1.2.1鋁鋼異種金屬結(jié)合性異種材料的結(jié)合性主要是由材料的物理性能和化學(xué)性能決定的，理論上來說，兩種金屬只要是在熔化狀態(tài)下能夠相互形成共晶或固溶體，原則上都可以實現(xiàn)連接。當(dāng)兩種金屬的物理性能和化學(xué)性能比較接近時，能夠相互溶解形成

碩士學(xué)位論文-5-1.2.3鋁鋼液相連接熔化焊具有操作簡便，實用性強(qiáng)等方面優(yōu)勢，但對于鋁鋼異種材料的連接，常規(guī)的熔化焊并不能直接適用。因為熔化焊通常具有較高的熱輸入，熔化的鋁和熔化的鋼會迅速生成大量的金屬間化合物，嚴(yán)重影響界面的結(jié)合性能，難以實現(xiàn)可靠的冶金結(jié)合。當(dāng)前采用熔化焊的方式對鋁鋼異種材料連接時，最重要的是控制焊接熱輸入，盡量的降低焊接熱輸入，使得界面結(jié)合時鋁熔化而鋼只是微量的熔化，熔化的鋁液鋪展到鋼表面，增大潤濕效果的同時，也實現(xiàn)了較好的冶金結(jié)合，此種焊接方式也成為熔釬焊，如圖1-3所示[14]。圖1-3鋁合金/鋼熔釬焊示意圖[14]Song等人[15]研究了5A06和SUS321不銹鋼的TIG熔釬焊技術(shù)，Al-Si液態(tài)填充金屬包覆的鋼接頭表面，形成一個完美的釬焊縫。由于溫度的差異，不同位置的界面層厚度在5μm到35μm不等。界面層為三個不同成分的區(qū)域組成，從焊縫到不銹鋼，第一層為Al7Fe2Si相，第二層為Fe2Al5相，第三層是FeSi2和Fe2Al5混合相。接頭的平均抗拉強(qiáng)度達(dá)到了120MPa，斷裂發(fā)生在界面層。該課題組還研究鋁和Q235鍍鋅板的TIG熔釬焊，鋁基釬料在鍍鋅板表面鋪展良好，界面金屬間化合物層的厚度＜10μm，對搭接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試，接頭抗拉強(qiáng)度為90MPa，主要是由于搭接接頭的焊根和焊趾處存在局部未焊合的缺陷，成為裂紋源，降低了抗拉強(qiáng)度[16]。英國學(xué)者M(jìn)eco等人[17]研究了鋁鋼異種材料熔釬焊工藝，主要研究了工藝參數(shù)對界面金屬間化合物形成的影響規(guī)律，采用功率為8kW的激光器實現(xiàn)了6mm厚鋁合金和2mm厚的鋼板的搭接焊，焊接過程中通過控制激光束的光斑直徑來調(diào)整焊接熱輸入。研究顯示，接頭的力學(xué)性能與界面金屬間化合物的厚度并不是簡單的對應(yīng)關(guān)系，還取決與鋁在鋼表面的鋪展性?

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博士論文
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本文編號：3483305